本發明涉及石油鉆井設備領域，具體的是一種連續管鉆井定向工具。

背景技術：

使用常規鉆桿進行定向鉆井時，操作人員可以通過在井口轉動鉆桿的方式轉動底部定向鉆具組合(包括鉆頭、彎螺桿馬達、隨鉆測量工具等)，從而改變底部定向鉆具組合的工具面，實現定向鉆進。而使用連續管鉆井時，只能依靠螺桿馬達給鉆頭提供動力。鉆井過程中除鉆頭外，螺桿馬達、隨鉆測量工具、單向安全閥等底部鉆具組合和連續管本身都不能轉動。要實現連續管的定向鉆井，必須在底部鉆具組合中連接連續管定向工具。連續管定向工具下部接隨鉆測量工具、彎螺桿馬達、鉆頭，上部接安全閥等工具。定向鉆井過程中，操作人員根據需要，通過在地面啟停泥漿泵的方式，使連續管定向工具的旋轉頭轉動一定角度(35°～55°)，從而帶動隨鉆測量工具、彎螺桿馬達和鉆頭的轉動，改變定向鉆具組合的工作面，實現定向鉆進。每重新啟動泥漿泵一次，旋轉頭可正向轉動一次(35°～55°)，通過多次的啟停泥漿泵，可以使定向鉆具組合的工作面轉到所需要的角度。現有設備的缺點是結構復雜、操作不便、效率低。

技術實現要素：

為了解決現有連續管定向工具操作不便的問題，本發明提供了一種連續管鉆井定向工具，該連續管鉆井定向工具具有結構簡單、操作簡便、使用安全等優點，通過在連續管鉆井底部鉆具組合中加入該連續管定向工具，可以在鉆井過程中隨時調整定向鉆具組合的工具面，實現連續管定向鉆井。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：一種連續管鉆井定向工具，包括桿、軸套和旋轉頭，桿的一端套設于軸套的一端內，旋轉頭的一端套設于軸套的另一端內，桿的外表面設有凸出部，軸套的內表面設有與該凸出部相配合的斜凹槽，當桿沿軸套的軸向移動時，該凸出部能夠沿該斜凹槽滑動并驅動軸套轉動，該連續管鉆井定向工具還包括用于使軸套只能相對于旋轉頭單向轉動的單向鎖定機構。

當桿向靠近旋轉頭的方向移動一段設定的距離時，軸套順時針旋轉一個設定的角度，同時帶動旋轉頭順時針旋轉該設定的角度；當桿向遠離旋轉頭的方向移動該設定的距離時，軸套逆時針旋轉該設定的角度，但旋轉頭固定不動。

桿、軸套和旋轉頭均呈直立狀態，桿的下端套設于軸套的上端內，旋轉頭的上端套設于軸套的下端內，桿外套設有中部接頭，中部接頭位于桿的上端和軸套的上端之間，中部接頭內設有防止桿轉動的承扭面。

桿外還設有彈簧和彈簧殼體，彈簧位于桿和彈簧殼體之間，彈簧殼體的下端與中部接頭的上端連接固定，桿的上端外固定套設有環形活塞，環形活塞的外表面與彈簧殼體的內表面相接觸，彈簧的上端與環形活塞抵接，彈簧的下端與中部接頭的上端抵接。

該凸出部為設置于桿的外表面的外斜齒，該斜凹槽為設置于軸套的內表面的內斜齒，當桿向靠近旋轉頭的方向移動一段該設定的距離時，軸套順時針轉動35°～55°。

該單向鎖定機構包括第一單向軸承組，第一單向軸承組含有多個第一單向軸承，多個第一單向軸承沿旋轉頭的軸向依次排列，每個第一單向軸承均套設于旋轉頭和軸套之間，每個第一單向軸承的內圈均與旋轉頭連接固定，每個第一單向軸承的外圈均與軸套連接固定。

軸套外套設有軸套殼體，旋轉頭外套設有下接頭，軸套殼體的上端與中部接頭的下端連接固定，下接頭的上端與軸套殼體的下端連接固定。

該單向鎖定機構包括第二單向軸承組，第二單向軸承組含有多個第二單向軸承，多個第二單向軸承沿旋轉頭的軸向依次排列，每個第二單向軸承均套設于旋轉頭和下接頭之間，每個第二單向軸承的內圈均與旋轉頭連接固定，每個第二單向軸承的外圈均與下接頭連接固定。

旋轉頭外套設有第一推力球軸承和第二推力球軸承，第一推力球軸承位于旋轉頭和下接頭之間，旋轉頭外固定套設有卡環和卡環背母，第二推力球軸承位于下接頭和卡環背母之間。

桿的下端與軸套密封連接，旋轉頭的上端與軸套密封連接，軸套外沿周向設有兩排通孔，該兩排通孔分別為第一排通孔和第二排通孔，第一排通孔的位置與第一單向軸承組的上端相對應，軸套與桿之間設有第一環形空腔，第一環形空腔位于軸套的上端和桿的下端之間，軸套殼體與軸套之間形成第二環形空腔，第一環形空腔和第二環形空腔通過第二排通孔連通。

本發明的有益效果是：該連續管鉆井定向工具具有結構簡單、操作簡便、使用安全等優點，通過在連續管鉆井底部鉆具組合中加入該連續管定向工具，可以在鉆井過程中隨時調整定向鉆具組合的工具面，實現連續管定向鉆井。

附圖說明

構成本申請的一部分的說明書附圖用來提供對本發明的進一步理解，本發明的示意性實施例及其說明用于解釋本發明，并不構成對本發明的不當限定。

圖1為連續管定向工具的結構圖。

圖2為連續管定向工具上部的局部結構圖。

圖3為連續管定向工具中部的局部結構圖。

圖4為連續管定向工具下部的局部結構圖。

圖5為桿的結構圖。

圖6為圖5中沿A-A方向的剖視圖。

圖7為軸套的結構圖。

圖8為旋接頭的結構圖。

1、桿；2、軸套；3、旋轉頭；4、中部接頭；5、彈簧；6、彈簧殼體；7、環形活塞；8、第一單向軸承組；9、第一單向軸承；10、軸套殼體；11、下接頭；12、第二單向軸承組；13、第二單向軸承；14、第一推力球軸承；15、第二推力球軸承；16、卡環；17、卡環背母；18、第一排通孔；19、第二排通孔；20、第一環形空腔；21、第二環形空腔。

具體實施方式

需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特征可以相互組合。下面將參考附圖并結合實施例來詳細說明本發明。

一種連續管鉆井定向工具，包括桿1、軸套2和旋轉頭3，桿1的一端套設于軸套2的一端內，旋轉頭3的一端套設于軸套2的另一端內，桿1的外表面設有凸出部，軸套2的內表面設有與該凸出部相配合的斜凹槽，當桿1沿軸套2的軸向移動時，該凸出部能夠沿該斜凹槽滑動并驅動軸套2轉動，即該凸出部與斜凹槽的配合將桿1的直線運動轉換為了軸套2的轉動，該連續管鉆井定向工具還包括用于使軸套2只能相對于旋轉頭3單向轉動的單向鎖定機構，如圖1至圖4所示。

在本實施例中，當桿1向靠近旋轉頭3的方向移動一段設定的距離時(即一個前進行程時)，軸套2順時針(圖1中從右向左的方向觀察)旋轉一個設定的角度，同時帶動旋轉頭3也同步的順時針旋轉該設定的角度；當桿1向遠離旋轉頭3的方向移動該設定的距離時(即一個返回行程時)，軸套2逆時針(圖1中從右向左的方向觀察)旋轉該設定的角度，但由于該單向鎖定機構的作用，旋轉頭3固定不動，從而使桿1復位后，旋轉頭3順時針旋轉了該設定的角度。

在本實施例中，桿1、軸套2和旋轉頭3均呈直立狀態，桿1位于旋轉頭3的上方，桿1、軸套2和旋轉頭3的軸線重合，桿1的下端套設于軸套2的上端內，旋轉頭3的上端套設于軸套2的下端內，桿1外套設有中部接頭4，中部接頭4位于桿1的上端和軸套2的上端之間，中部接頭4內設有防止桿1轉動的承扭面，如圖5和圖6所示，由于形狀鎖合，桿1僅能沿圖1中的左右方向移動而不能轉動，優選桿1與軸套2間隙配合。

在本實施例中，桿1外還設有彈簧5和彈簧殼體6，彈簧5位于桿1和彈簧殼體6之間，彈簧殼體6的下端與中部接頭4的上端密封連接固定，桿1的上端外密封固定套設有環形活塞7，環形活塞7的外表面與彈簧殼體6的內表面相接觸，彈簧5的上端與環形活塞7抵接，彈簧5的下端與中部接頭4的上端抵接，如圖1和圖2所示。

在本實施例中，該凸出部為設置于桿1的外表面的外斜齒，該斜凹槽為設置于軸套2的內表面的內斜齒，該外斜齒與內斜齒嚙合，該外斜齒的軸向長度大于內斜齒的軸向長度，當桿1向靠近旋轉頭3的方向移動一段該設定的距離時，軸套2順時針轉動35°～55°。即桿1向下移動一個前進行程時，從上向下可以觀察到軸套2順時針轉動35°～55°之間的一個角度，具體的角度將根據外斜齒與內斜齒的尺寸而定，如圖7和圖8所示。

在本實施例中，該單向鎖定機構包括第一單向軸承組8，第一單向軸承組8含有多個第一單向軸承9，多個第一單向軸承9沿旋轉頭3的軸向依次排列，相鄰的兩個第一單向軸承9之間設有墊圈隔開，每個第一單向軸承9均套設于旋轉頭3和軸套2之間，每個第一單向軸承9的內圈均與旋轉頭3連接固定，每個第一單向軸承9的外圈均與軸套2連接固定。第一單向軸承組8中第一單向軸承9的安裝方式為：軸套2順時針旋轉時帶動旋轉頭3也同步的順時針旋轉，但在軸套2逆時針旋轉時旋轉頭3不旋轉。

在本實施例中，軸套2外套設有軸套殼體10，旋轉頭3外套設有下接頭11，軸套殼體10的上端與中部接頭4的下端密封連接固定，下接頭11的上端與軸套殼體10的下端密封連接固定。該單向鎖定機構包括第二單向軸承組12，第二單向軸承組12含有多個第二單向軸承13，多個第二單向軸承13沿旋轉頭3的軸向依次排列，每個第二單向軸承13均套設于旋轉頭3和下接頭11之間，每個第二單向軸承13的內圈均與旋轉頭3連接固定，每個第二單向軸承13的外圈均與下接頭11連接固定，如圖4所示。第二單向軸承組12中第二單向軸承13的安裝方式為：軸套2順時針旋轉時帶動旋轉頭3也同步的順時針旋轉，但在軸套2逆時針旋轉時旋轉頭3不旋轉。

在本實施例中，旋轉頭3外套設有第一推力球軸承14和第二推力球軸承15，第一推力球軸承14位于旋轉頭3和下接頭11之間，旋轉頭3外固定套設有卡環16和卡環背母17，第二推力球軸承15位于下接頭11和卡環背母17之間。

在本實施例中，桿1的下端與軸套2密封連接，旋轉頭3的上端與軸套2密封連接，軸套2外沿周向設有兩排通孔，該兩排通孔分別為第一排通孔18和第二排通孔19，第一排通孔18的位置與第一單向軸承組8的上端相對應，軸套2與桿1之間設有第一環形空腔20，第一環形空腔20位于軸套2的上端和桿1的下端之間，軸套殼體10與軸套2之間形成第二環形空腔21，第一環形空腔20和第二環形空腔21通過第二排通孔19連通。第一單向軸承組8所在的部位依次通過第一排通孔18、第二環形空腔21、第二排通孔19、第一環形空腔20和中部接頭4內的軸向通孔與彈簧5所在的部位連通。

該連續管鉆井定向工具的按照圖1至圖4所示安裝完成后，由于單向鎖定機構的限制，軸套2相對于旋轉頭3只能逆時針旋轉；當軸套2順時針旋轉時，則可以帶動旋轉頭3正轉。由于該單向鎖定機構的限制，旋轉頭3相對于下接頭11只能順時針旋轉，不能倒轉。

工具使用操作方法如下：當使用連續管進行定向鉆進時，連續管定向工具下部接隨鉆測量工具、彎螺桿馬達、鉆頭，上部接安全閥等工具。當定向鉆井工具面偏離設計角度時，則需要通過轉動隨鉆測量工具、彎螺桿馬達、鉆頭進行調整，具體步驟如下：

步驟1、關閉泥漿泵，連續管鉆井定向工具的桿1將在彈簧5的作用下復位。

步驟2、開啟泥漿泵。鉆井液流經隨鉆測量工具、彎螺桿馬達、鉆頭并產生一定壓降，最終在連續管鉆井定向工具內外形成一定壓差。由于壓差的作用，活塞7帶動桿1向前(圖1中左側)運動，直到極限位置；由于承扭面對桿1的限制，桿1只能做往復直線運動，不能轉動。桿1向前運動的同時通過外斜齒和內斜齒的嚙合，將桿1的向前直線運動轉換為軸套2的順時針轉動，軸套2通過第一單向軸承組8帶動旋轉頭3正轉(從地面上向下看順時針轉動)。最終，桿1運動一個行程(從起點到重點一次)，將帶動旋轉頭3轉動一次(35°～55°)。

步驟3、關閉泥漿泵。由于內外壓差消失，活塞7在彈簧5的作用下復位，帶動桿1向后直線運動。同樣，桿1向后運動的同時通過外斜齒和內斜齒的嚙合，將桿1的向后直線運動轉換為軸套2的逆時針轉動，由于第二單向軸承組12的限制，旋轉頭3將不能逆時針轉動。至此，完成一次工具面調整。如此反復，直到將工具面調整至設計角度。

以上所述，僅為本發明的具體實施例，不能以其限定發明實施的范圍，所以其等同組件的置換，或依本發明專利保護范圍所作的等同變化與修飾，都應仍屬于本專利涵蓋的范疇。另外，本發明中的技術特征與技術特征之間、技術特征與技術方案之間、技術方案與技術方案之間均可以自由組合使用。